河流动力学复习要点

异重流：两种密度(比重)相差不大、可以相混的流体，在条件适宜时因密度(比重)差异而产生的相对运动，但在运动过程中不发生全局性紊动掺混的相对运动。 异重流的分类：温差异重流(温度)，盐水异重流(溶解质含量)，浑水异重流(含沙量)；下异重流，上异重流，中异重流。 浑水异重流对水利建设方面的影响：对水库淤积的影响：蚕食有效库容、增加坝体压力，可因势利导排沙，官厅水库因异重流排沙达1/3，对于底坡大的水库，可达到2/3。⑵对航运的影响港池、船闸为盲肠渠道，常为静水，具有形成异重流的条件，易因异重流淤积而碍航。 异重流的特性：异重流的重力作用显著减小，异重流的惯性作用相对增强。(三)异重流的阻力作用十分突出(相对清水极大增强) 异重流的密度：浑水重度=((清水重量)+(泥沙重量))/体积； 单位体积浑水的水下重量： 异重流的有效有效重力加速度g ′： 异重流运动方程：

盲肠河段：一端与河道连通，而另一端封闭的河段

(1)具有形成异重流的条件：盲肠内:静水 and 清水；河道内:动水 and 浑水；

密度差产生交界面压力差，外河道浑水由底部潜入盲肠河段，从而产生异重流

(2)异重流潜入盲肠河段沿程淤积：异重流速度逐渐减慢，挟沙能力下降，浑水中的泥沙沿程沉淀，粗颗粒淤积在口门附近，较细颗粒沿程淤积在盲肠河段内部、

(3)横轴纵向环流使异重流循环往复地将泥沙输入盲肠河段(动量和质量平衡)由于淤积而变清的潜流在盲端上升成为面流，反向流向口门，与底层潜入的浑水形成横轴纵向环流

(4)立轴回流引起回流淤积，形成拦门沙：口门处河道水流的切力作用使得交汇处形成立轴漩涡(回流)，回流区将外河道主流与盲肠河段静水区隔离，主流含沙量大于回流区，水流紊动扩散作用使得泥沙由主流区进入回流区，较粗颗粒沉积在回流区，较细颗粒随浑水潜入盲肠段1.回流区的存在不仅拦截粗颗粒泥沙，而且影响异重流的输沙量。淤积厚度自口门向内逐渐减小，拦门沙淤积体的外坡较陡2.回流区拦门沙淤积体虽然较集中,范围不大,但淤积厚,对航行十分不利 防止和减少异重流以及回流对盲肠式引航道和挖入式河港造成淤积，措施如下：1.船闸置于枢纽凹岸一侧(深槽稳定，凸岸有回流和缓流区)2.挖入式港池或口门的布置应注意河床演变和泥沙运动：顺直微弯河段：口门不宜布置在可动边滩的下游侧；分叉河段：港池不宜布置在衰亡汊道；弯曲河段：口门应布置在凸岸顶点下游的贴流区；口门不能布置在容易出现回流或缓流的矶头、凸嘴或凸出岸线建筑物以及支流交汇点的下游侧 3.港池出口方向指向下游，口门轴线与主流交角越小越好，但需满足航行需要(船大不好掉头)4.尽量缩小口门宽度和水深在盲肠河段内设置适量流速的外泄水流4.异重流流速很小，易受干扰，小流速的外泄水流将极大削弱异重流5.口门设置防淤帘

第五章 河床演变：河道在天然情况下或受人工建筑物的影响所发生的变化；广义:河道从河源到河口所流经河谷的各个部分的形成和发展的全部历史，属地貌学的研究范畴狭义:只限于近代冲积河道的演变发展，属河流动力学的研究范畴。分为：纵向变形和平面变形；单向变形和复归性变形。长河段和短河段。 河床变形的原理：水流与河床的自动调整作用-输沙不平衡引起河床变形→河床变形又促使输沙平衡(即使变形停止)。 河床演变的主要因素：上游河段来水量(上游流量、流速等)及其变化过程；上游河段来沙量0.623w S γγγ'∆=-≈g g g g γγγρηργ∆∆'''∆=⇒===''021e r J J dh dx F η''-='-20281r r f J F dh dx F ''-'='-

与组成(级配)及其变化过程；本河段河谷比降；本河段河床形态。冲积平原河流：①②起主导作用(来水来沙条件，因水流主导)山区河流：③④起主导作用(因河床主导)。

河型分类：山区河流；平原河流（弯曲河道，分汊河道，顺直（微弯）河道，游荡河道），潮汐河道。

山区河流水流特征：洪水暴涨猛落(历时短)；流量与水位变幅大；中水历时短(枯水历史长) 山区河流河床演变特性：峡谷段洪冲枯淤；宽谷段(浅滩)洪淤枯冲(洪水冲谷淤滩，枯水冲滩淤谷)；弯曲型山区河流:横断面变形小(两岸山崖阶地钳制，自由活动余地小，河床蠕动只能顺着河谷方向平移)；山区分汊河流:江心州和心滩位置较固定，两汊居多(橘子洲头)；山区河流河床的卵石运动：间歇性(时间分布上)、不连续性(空间分布上)→输沙率波动大；溪口滩:沿程溪沟汇入处，常有大量砂石堆积在溪口，形成扇形冲积体，将航道缩窄，甚至堵塞。平原河流:流经广阔的冲积平原地区的河流(通常来自于山区河流，横向约束消失，流速降低，泥沙大量淤积)

平原河流水流特征：洪水无猛涨猛落。洪水期水流漫滩，河面宽阔。流量与水位变幅小。中水历时长。中枯水期水流限制在主河槽中流动

平原河流河床形态：①平面形态:河床边界条件限制：顺直(微弯)型、弯曲型、游荡型和分汊型2.纵剖面:纵坡平缓，河床沿程走向由一系列的深槽和浅滩组成，呈高低不平、波浪起伏状态，两深槽之间的浅滩处，水深不足，常是船舶航行的主要障碍。横断面:取决于河型

顺直微弯(抛物/矩形);弯曲河道(不对称三角形);分汊河道(马鞍形“W”);游荡型河道(不规则) 河谷宽广，底部深厚冲积层，分布广阔的河漫滩。河漫滩常形成鬃岗地形。常出现边滩、浅滩、江心滩、江心洲等堆积体。常有矶头、山体等抗冲性强、依岸形成的节制河势变化的节点。洪水无猛涨猛落。洪水期水流漫滩，河面宽阔。流量与水位变幅小。中水历时长。中枯水期水流限制在主河槽中流动。

顺直(微弯)型河道演变：河床特征:中水河槽顺直或略弯，主流左右弯曲，河床波浪起伏，边滩犬牙交错分布，浅滩与深槽相间，滩槽水深相差不大。形成条件:顺直、狭窄的河谷；或河谷虽宽阔，但河漫滩高且多由抗冲性较强的粘土和沙粘土构成；或人工控制河段(多出现在河流中上游)演变特点:浅滩与深槽交替冲淤:枯水期浅滩比降大，泥沙被冲刷淤积到下一个深槽(浅滩洪淤枯冲)，洪水期深槽比降大，泥沙被冲刷淤积到下一个浅滩(深槽洪冲枯淤)。边滩、深潭、深泓线同步顺流下移:边滩迎水坡冲而背水坡淤，逐渐下移，使得深潭、深泓线、浅滩随之下移(深泓线-河槽各横断面最大水深点的连线)。河床周期性展宽缩窄:边滩发育→挤刷对岸使枯水位上的河槽展宽(边滩也属于河槽一部分)，洪水期主流切割边滩→心滩→河槽分汊→一汊冲一汊淤废→心滩与河岸相接→河槽缩窄→再次形成单一河道。不稳定河型：虽然中水河槽稳定，但浅滩多，且浅滩、深槽、主流线位置不稳定，不利港口建设和航道维护。

弯曲河道：河湾类型：单式河湾，复式河湾；自由，深切，强制河湾；平面形态特征：自然稳定河湾:适应来水来沙条件和边界条件而自动调节形成的平面形态接近于正弦曲线的平滑曲线(一系列正反相间的半圆弧+直线过渡段)。纵剖面形态特征：深泓线靠近凹岸，凸岸淤积泥沙形成边滩；凹岸深槽的水深和凸岸边滩的宽度，均随河弯曲率增大(曲率半径减小)而加大；深槽最深处在弯顶稍下游，浅滩最浅处在过渡段拐点稍下游；河湾沿程曲率半径的突变会造成河槽形态不规则性，产生深潭与沙洲。

汊道的横断面特性：分流区和汇流区均呈中间部位凸起的马鞍形，分汊段则具有为江心洲分隔的复式断面；分流区和汇流区水位，支汊一侧要高于主汊一侧(横向环流)。

汊道的纵剖面特性：总河宽增大，比降增大，水深减小，河床抬高，头部倒坡，出口跌落；分汊段比降要增大:汊道的流量小于分汊前流量，但含沙量几乎不变，为避免淤积，分汊段的比降比分汊前要大，流速更快；汊道总河宽大于分汊前单一河段的河宽，而水深则减小。